鈣鈦礦太陽能電池結構

有機金屬鹵化物鈣鈦礦結構太陽能電池是一種以全固態鈣鈦礦結構作為吸光材料的太陽能電池。這(zhe)種材料(liao)制備(bei)工藝簡單，成本較(jiao)低。鈣(gai)鈦礦材料(liao)的結(jie)(jie)構(gou)通式(shi)(shi)為(wei)(wei)ABX3，其(qi)中A為(wei)(wei)有(you)機陽(yang)離(li)子(zi)，B為(wei)(wei)金屬離(li)子(zi)，X為(wei)(wei)鹵(lu)(lu)素(su)基(ji)團(tuan)。該結(jie)(jie)構(gou)中，金屬B原(yuan)子(zi)位于(yu)立方(fang)晶(jing)胞體心處，鹵(lu)(lu)素(su)X原(yuan)子(zi)位于(yu)立方(fang)體面(mian)心，有(you)機陽(yang)離(li)子(zi)A位于(yu)立方(fang)體頂點(dian)位置。相比于(yu)以共(gong)棱、共(gong)面(mian)形式(shi)(shi)連接的結(jie)(jie)構(gou)，鈣(gai)鈦礦結(jie)(jie)構(gou)更加穩定(ding)，有(you)利(li)于(yu)缺陷的擴散遷移.

在(zai)(zai)用于高(gao)(gao)效太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)鈣鈦礦結(jie)構中(zhong)，A位通(tong)(tong)常為HC（NH2）2+（簡稱(cheng)FA+）或者CH3NH3+（簡稱(cheng)MA+）等有(you)(you)機(ji)陽(yang)離(li)(li)子(zi)(zi)，其主要作用是(shi)在(zai)(zai)晶格中(zhong)維持電(dian)(dian)(dian)(dian)荷平衡，但(dan)(dan)A離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)尺寸(cun)大小可以改變(bian)能隙的(de)大小。當(dang)A離(li)(li)子(zi)(zi)半(ban)徑增(zeng)大，點陣擴張，導致(zhi)能隙相應變(bian)小，吸收(shou)邊發生紅(hong)移(yi)，從(cong)而獲得更大的(de)短路電(dian)(dian)(dian)(dian)流和16%左右的(de)高(gao)(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池轉換效率。金屬離(li)(li)子(zi)(zi)B通(tong)(tong)常為Pb離(li)(li)子(zi)(zi)，Pb具(ju)有(you)(you)良好的(de)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)，但(dan)(dan)由于有(you)(you)毒性(xing)(xing)(xing)，因(yin)此也(ye)常被Ge，Sn，Ti替代(dai)。以Sn為例，Sn-X-Sn鍵角大于Pb，能隙更窄，ASnX3表現出很高(gao)(gao)的(de)開路電(dian)(dian)(dian)(dian)壓和良好的(de)光電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)(xing)，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓損失很小。但(dan)(dan)在(zai)(zai)同(tong)一族元(yuan)素(su)中(zhong)，原子(zi)(zi)序(xu)數越小，元(yuan)素(su)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)越差(cha)。為了解決穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)問題，將Pb與(yu)Sn按(an)一定(ding)(ding)比例結(jie)合，降低Sn帶來的(de)不穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)，同(tong)時(shi)又獲得較(jiao)高(gao)(gao)的(de)轉換效率。鹵素(su)基團(tuan)X通(tong)(tong)常為碘、溴和氯.其中(zhong)帶有(you)(you)碘基團(tuan)的(de)鈣鈦礦太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)(dian)(dian)池在(zai)(zai)力(li)學性(xing)(xing)(xing)能上（如彈性(xing)(xing)(xing)、強(qiang)度等）不如帶有(you)(you)溴基團(tuan)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)吸收(shou)光譜由Cl至I依次拓寬，能隙的(de)紅(hong)移(yi)也(ye)逐次增(zeng)加。這是(shi)由于隨著原子(zi)(zi)量的(de)升(sheng)高(gao)(gao)，元(yuan)素(su)電(dian)(dian)(dian)(dian)負性(xing)(xing)(xing)變(bian)弱，與(yu)金屬離(li)(li)子(zi)(zi)B成(cheng)鍵中(zhong)的(de)共價作用增(zeng)強(qiang)。ABX3型(xing)的(de)有(you)(you)機(ji)-無機(ji)鹵化(hua)物在(zai)(zai)不同(tong)溫度下具(ju)有(you)(you)不同(tong)的(de)結(jie)構。

鈣鈦(tai)礦太陽能電(dian)池(chi)的基本構造(zao)通(tong)常為襯(chen)底材料/導電(dian)玻璃（鍍有氧化(hua)物層(ceng)的基片玻璃）/電(dian)子傳輸層(ceng)（二氧化(hua)鈦(tai)）/鈣鈦(tai)礦吸收(shou)層(ceng)（空穴傳輸層(ceng)）/金(jin)屬陰(yin)極(ji)。

（a）介觀結構鈣鈦礦太陽能電池；

（b）平面異質結(jie)結(jie)構鈣鈦礦太陽能電池。

入射光透過玻璃入射以后，能量大于禁帶寬度的光子被吸收，產生激子，隨后激子在鈣鈦礦吸收層分離，變為空穴和電子并分別注入傳輸材料中.其中空穴注入是從鈣鈦礦材料進入到空穴傳輸材料中，電子注入是從鈣鈦礦材料進入到電子傳輸材料（通常為二氧化鈦薄膜）中。基于此，鈣鈦礦有兩類結構：介觀結構和平面異質結結構.介觀結構鈣鈦礦太陽能電池是基于染料敏化太陽能電池（DSSCs）發展起來的，和DSSCs的結構相似：鈣鈦礦結構納米晶附著在介孔結構的氧化物（如TiO2）骨架材料上，空穴傳輸材料沉積在其表面，三者共同作為空穴傳輸層。在這種結構中，介孔氧化物（TiO2）既是骨架材料，也能起到傳輸電子的作用。平面異質結結構將鈣鈦礦結構材料分離出來，夾在空穴傳輸材料和電子傳輸材料中間。激子在夾芯的鈣(gai)鈦礦材(cai)料中分離，這(zhe)種材(cai)料可(ke)同時傳輸空(kong)穴和電(dian)子。

鈣鈦(tai)礦(kuang)結構(gou)材料(liao)的(de)晶(jing)體(ti)(ti)學取(qu)向(xiang)也會影響(xiang)電(dian)池效(xiao)率。Docampo等研(yan)究發現(xian)，當提高(gao)溶(rong)液的(de)浸(jin)泡溫(wen)度，或者在CH3NH3I和PbCl2混合后進行后續(xu)熱處理，得到的(de)電(dian)池短(duan)路電(dian)流更(geng)大(da)，轉換效(xiao)率更(geng)高(gao)。而(er)這個過程發生的(de)改(gai)變就是(shi)鈣鈦(tai)礦(kuang)結構(gou)的(de)長(chang)軸(zhou)方(fang)向(xiang)趨向(xiang)于(yu)與(yu)基底平(ping)行，形成各向(xiang)異性(xing)。這種各向(xiang)異性(xing)越明顯，電(dian)池性(xing)能越好，因此研(yan)究鈣鈦(tai)礦(kuang)材料(liao)的(de)晶(jing)體(ti)(ti)學取(qu)向(xiang)也是(shi)獲(huo)得優異性(xing)能的(de)重點方(fang)向(xiang)之(zhi)一(yi)。

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鈣鈦礦太陽能電池原理

在接受太陽光照射時，鈣鈦礦(kuang)層首先(xian)吸收光子(zi)(zi)產生電子(zi)(zi)-空穴對(dui)。由(you)于鈣鈦礦(kuang)材激子(zi)(zi)束縛(fu)能的差異，這些載流子(zi)(zi)或(huo)者成為(wei)自由(you)載流子(zi)(zi)，或(huo)者形成激子(zi)(zi)。而且，因為(wei)這些鈣鈦礦(kuang)材料往(wang)往(wang)具(ju)有較低的載流子(zi)(zi)復(fu)合幾(ji)率(lv)和較高(gao)的載流子(zi)(zi)遷移率(lv)，所(suo)以載流子(zi)(zi)的擴(kuo)散距離和壽命較長(chang)。

然(ran)后，這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)未(wei)復(fu)合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)和空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)分(fen)別被(bei)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)和空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)收集，即電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)從鈣鈦礦層(ceng)(ceng)(ceng)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)到等電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)，最后被(bei)FTO收集；空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)從鈣鈦礦層(ceng)(ceng)(ceng)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)到空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)，最后被(bei)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)極收集，當然(ran)，這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)過程(cheng)中總不(bu)免伴隨著一(yi)些(xie)使載流子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)失，如電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)與(yu)鈣鈦礦層(ceng)(ceng)(ceng)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)可逆復(fu)合(he)、電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)與(yu)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)（鈣鈦礦層(ceng)(ceng)(ceng)不(bu)致密的(de)(de)(de)(de)(de)情況）、鈣鈦礦層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)與(yu)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)。要提高電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)(de)整體(ti)性(xing)能，這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)載流子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)失應該降到最低。

最后，通(tong)過(guo)連接FTO和金屬電極(ji)的電路而產(chan)生光電流。

鈣鈦礦太陽能電池的發展方向

1、提高電池轉換效率

轉換效率(lv)是衡量(liang)太陽能電(dian)(dian)池(chi)性能最重(zhong)要(yao)的(de)(de)指標，目前得到認證的(de)(de)最高電(dian)(dian)池(chi)轉換效率(lv)已經達到20.1%。限制(zhi)太陽能電(dian)(dian)池(chi)轉換效率(lv)提升(sheng)的(de)(de)瓶頸(jing)在(zai)于入射光的(de)(de)大部分能量(liang)被(bei)反射或者透射損耗(hao)掉(diao)，而只(zhi)有與吸光層(ceng)材料能隙(xi)相近的(de)(de)光才能被(bei)吸收轉化為(wei)電(dian)(dian)能。因(yin)此，提高電(dian)(dian)池(chi)轉換效率(lv)的(de)(de)關(guan)鍵在(zai)于改(gai)善電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)能帶結(jie)構。除了上文中提到的(de)(de)通過調控鈣鈦礦材料中的(de)(de)離子基團(tuan)來(lai)調節能隙(xi)，制(zhi)備出(chu)不同能隙(xi)的(de)(de)多結(jie)太陽能電(dian)(dian)池(chi)也是該領域(yu)研究的(de)(de)重(zhong)要(yao)方向之(zhi)一。

除此之外，減少電(dian)子和空(kong)穴在傳(chuan)輸(shu)過程中的(de)復(fu)合(he)來提(ti)高(gao)傳(chuan)輸(shu)速率，也是提(ti)高(gao)轉(zhuan)換效率的(de)重要途徑。

（1）界面調(diao)控。由(you)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)工作機理可以看(kan)出，鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太陽能(neng)電(dian)池(chi)轉(zhuan)換(huan)效率的(de)提升不僅取決(jue)于光的(de)吸收能(neng)力(li)，還(huan)取決(jue)于載流(liu)子在鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)結構(gou)中的(de)傳輸(shu)速(su)率。

（2）改進鈣鈦礦(kuang)電(dian)池(chi)的(de)(de)制(zhi)備(bei)工藝。鈣鈦礦(kuang)太(tai)陽(yang)能電(dian)池(chi)作為一(yi)種新型(xing)的(de)(de)薄膜(mo)太(tai)陽(yang)能電(dian)池(chi)，其制(zhi)備(bei)工藝與其他薄膜(mo)電(dian)池(chi)類似，例(li)如旋(xuan)轉涂覆法(fa)（溶(rong)液旋(xuan)涂法(fa)）、真空蒸鍍(du)法(fa)（氣相法(fa)）等。無(wu)論何(he)種制(zhi)備(bei)方法(fa)都(dou)以制(zhi)備(bei)高純度(du)、缺(que)陷少(shao)、高覆蓋率(lv)、致密的(de)(de)鈣鈦礦(kuang)層(ceng)薄膜(mo)與傳(chuan)輸(shu)層(ceng)薄膜(mo)為目(mu)的(de)(de)，其本質在于(yu)改善(shan)不同層(ceng)結構(gou)之間的(de)(de)電(dian)學接觸，降(jiang)低缺(que)陷密度(du)，減(jian)少(shao)載流子在傳(chuan)輸(shu)過程(cheng)中的(de)(de)損(sun)耗，從而實現高的(de)(de)電(dian)池(chi)轉換(huan)效率(lv)。

（3）新材料和新電池結構的嘗試。目前，鈣鈦礦太陽能電池最常用的材料是用CH3NH3PbI3作為光吸收層，用TiO2作為電子傳輸層，用spiro-OmetaD作為固態空穴傳輸層，最初的轉換效率達到了8.3%。為了進一步提高太陽能電池的轉換效率，突(tu)出鈣鈦礦(kuang)材料的優勢，人(ren)們(men)開始在太陽能電(dian)池的不同結(jie)構(gou)上(shang)使用新材料，或者(zhe)設計新的電(dian)池結(jie)構(gou)，期望得到突(tu)破。

總體(ti)來(lai)說，無論是(shi)新材料的(de)使用(yong)，還是(shi)新器(qi)件結構的(de)改進(jin)，各種方(fang)法雖然都(dou)得到了(le)較(jiao)好的(de)電(dian)池(chi)轉換效率(lv)，但相比傳(chuan)統結構的(de)鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能(neng)電(dian)池(chi)來(lai)說仍然略低，不過(guo)從成本、穩定性、環境友(you)好等(deng)角度考(kao)慮，都(dou)具有很高的(de)研(yan)究(jiu)價值。

2、提高太陽能電池穩定性

有(you)機(ji)金屬(shu)鹵(lu)化物鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)(liao)在潮濕環境和光照條件下穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)較差，容(rong)易發生分解而造成電(dian)池(chi)(chi)效(xiao)率(lv)下降甚至失效(xiao)，因此(ci)除不斷提(ti)(ti)升轉換(huan)效(xiao)率(lv)外，目前很多研(yan)究也致力于提(ti)(ti)高太陽能電(dian)池(chi)(chi)的(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)。鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)的(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)受到溫度、濕度等多種環境因素(su)的(de)制(zhi)約。改(gai)善鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)的(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)有(you)兩種思(si)路(lu)：一(yi)種是提(ti)(ti)高鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)(liao)本(ben)身的(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)，另一(yi)種是尋找合適的(de)傳輸層材料(liao)(liao)使電(dian)池(chi)(chi)與環境隔絕，抑制(zhi)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)(liao)的(de)分解。

在前(qian)一種方法(fa)中(zhong)(zhong)，Smith等人(ren)以一種二維混合(he)鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料(liao)（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作為吸收材(cai)料(liao)（結構如(ru)圖(tu)4所示），該結構可通過旋涂沉積形成且(qie)無需高溫退火。和普通三維鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料(liao)（MA）[PbI3]相比，二維鈣(gai)鈦(tai)礦電池在室溫潮濕環(huan)境下放置46天而不引起性(xing)能的(de)(de)明顯下降，具有(you)很(hen)好的(de)(de)穩定性(xing)。但目前(qian)可以替(ti)代ABX3中(zhong)(zhong)各組分的(de)(de)原(yuan)子(zi)/原(yuan)子(zi)團的(de)(de)選擇很(hen)有(you)限(xian)，相關研究(jiu)報道(dao)也(ye)比較少。近(jin)年來更多的(de)(de)研究(jiu)集中(zhong)(zhong)在后者，即(ji)尋找合(he)適的(de)(de)傳輸層材(cai)料(liao)。

（a）兩種晶體結構示意圖，其中(zhong)A和(he)B分別為三維材料（MA）[PbI3]和(he)二維材料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的結構；

（b）不(bu)同(tong)薄膜(mo)在潮濕(shi)環境下經過相同(tong)時間后(hou)XRD譜(pu)，其(qi)中(zhong)(zhong)1，2a，2b分別(bie)為(wei)二(er)維(wei)材料(liao)(liao)薄膜(mo)、旋涂質量較(jiao)差的(de)三維(wei)材料(liao)(liao)薄膜(mo)和旋涂質量較(jiao)好(hao)的(de)三維(wei)材料(liao)(liao)薄膜(mo)在第二(er)種方法中(zhong)(zhong)，研究者致力于尋找更(geng)好(hao)的(de)空(kong)(kong)(kong)穴傳輸(shu)材料(liao)(liao)來(lai)提高鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能(neng)電池的(de)穩(wen)(wen)定性(xing)。好(hao)的(de)空(kong)(kong)(kong)穴傳輸(shu)材料(liao)(liao)能(neng)使激(ji)子具(ju)有(you)(you)更(geng)長的(de)壽(shou)命(ming)和量子產率(lv)，延(yan)長電池的(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。鈣(gai)鈦(tai)礦電池中(zhong)(zhong)通常使用(yong)(yong)的(de)空(kong)(kong)(kong)穴傳輸(shu)材料(liao)(liao)為(wei)p型摻(chan)雜的(de)spiro-OmetaD。通過改變空(kong)(kong)(kong)穴傳輸(shu)材料(liao)(liao)來(lai)提高材料(liao)(liao)穩(wen)(wen)定性(xing)的(de)思路有(you)(you)兩類：第一(yi)類是用(yong)(yong)其(qi)他材料(liao)(liao)來(lai)替(ti)換原有(you)(you)的(de)空(kong)(kong)(kong)穴材料(liao)(liao)；另一(yi)類是向該(gai)空(kong)(kong)(kong)穴材料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)加入添加劑或(huo)者替(ti)換原有(you)(you)的(de)p型添加劑。

（a）使用四硫富瓦烯衍生物（TTF-1）和環二芴（spiro-OmetaD）作為空(kong)穴(xue)傳(chuan)輸材(cai)料的兩種電池的穩定性對比(bi)；

（b）添(tian)加(jia)PDPPDBTE電(dian)池與原(yuan)材料電(dian)池的穩定性(xing)對比；

（c）采用不同的摻雜劑后電池的穩定性；

（d）不同(tong)XTHSI在3個月后的電池(chi)效率變化(hua)（其中X代表金(jin)屬元素（如Li，Co，Ir），THIS代表二（酰基(ji)三氟甲烷）酰亞胺(an)）。

在第二(er)(er)類方(fang)法(fa)中，p型(xing)添(tian)加(jia)劑的(de)(de)(de)引(yin)入可(ke)提高載流子(zi)濃(nong)度，進而減(jian)少串聯(lian)電(dian)阻(zu)及界(jie)面(mian)處的(de)(de)(de)電(dian)荷傳(chuan)輸阻(zu)抗.目(mu)(mu)前效(xiao)果較理想的(de)(de)(de)摻雜劑是(shi)LiTFSI（鋰(li)(li)基二(er)(er)（酰基三氟甲烷）酰亞(ya)胺）。但在含(han)氧(yang)環境中，氧(yang)氣會消(xiao)耗空穴傳(chuan)輸層和TiO2表面(mian)的(de)(de)(de)鋰(li)(li)離子(zi)，使(shi)光電(dian)流降(jiang)低、電(dian)阻(zu)升高，降(jiang)低電(dian)池的(de)(de)(de)穩定性，因此尋找更好的(de)(de)(de)添(tian)加(jia)劑不(bu)僅可(ke)以起到(dao)提高效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)效(xiao)果，還(huan)可(ke)以進一步提高穩定性.利用其(qi)他元素(su)來(lai)替換金屬Li是(shi)目(mu)(mu)前研究的(de)(de)(de)熱點之一。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由于(yu)含鉛材料(liao)對環境的(de)不(bu)友好性(xing)，研究(jiu)者(zhe)們(men)在努力實現無鉛化(hua)，但相應會帶來電池(chi)轉換(huan)效率的(de)降低.最直接的(de)方法是利用同族元素（如Sn）來代替Pb元素。在MAXI3材料(liao)中，CH3NH3SnI3的(de)能(neng)隙僅為1.3eV，遠低于(yu)CH3NH3PbI3的(de)1.55eV，可以(yi)(yi)使吸(xi)收(shou)(shou)光譜發(fa)生(sheng)紅移(yi)。采用CsSnI3作為光吸(xi)收(shou)(shou)材料(liao)，并加入(ru)SnF2作為添加劑(ji)也以(yi)(yi)減少缺陷密度，提高載流(liu)子濃(nong)度，進(jin)而提高電池(chi)效率。這兩(liang)種替代的(de)吸(xi)收(shou)(shou)材料(liao)的(de)吸(xi)收(shou)(shou)光譜發(fa)生(sheng)明顯(xian)紅移(yi)，可以(yi)(yi)吸(xi)收(shou)(shou)更(geng)寬(kuan)波段的(de)入(ru)射光。

從解(jie)決環境(jing)污染但(dan)又(you)不犧(xi)牲電池轉換效率的角(jiao)度出發，Chen等人提出了(le)另一(yi)種思路，即回收汽車電池來提供鉛(qian)源(yuan)。由(you)于汽車電池中(zhong)的鉛(qian)源(yuan)具(ju)有相同的材料特性（如晶體(ti)結構、形貌、吸(xi)光性和光致發電性能(neng)）和光電性能(neng)，既(ji)提供了(le)鈣鈦礦材料制(zhi)備所(suo)需的鉛(qian)源(yuan)，又(you)解(jie)決了(le)廢舊含鉛(qian)電池無法妥善處理(li)的問(wen)題，因此具(ju)有一(yi)定(ding)的實際應用價(jia)值(zhi)。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也(ye)(ye)存在(zai)一些亟(ji)需突(tu)破的問(wen)(wen)題。首(shou)先，人們大(da)(da)多(duo)專注于(yu)從不同(tong)的角度改進材(cai)料和制備方(fang)法來提(ti)高電(dian)池(chi)的轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)，但(dan)始終沒有(you)(you)建(jian)立起完(wan)備的理論模型來解釋電(dian)池(chi)轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)提(ti)高的原(yuan)因，難以(yi)得到一個準確(que)可(ke)靠的轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)的理論上限。其次(ci)，如何(he)兼(jian)顧提(ti)高穩定(ding)性(xing)和轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)是目(mu)(mu)(mu)前的一個難點(dian)。鈣鈦礦(kuang)太陽能電(dian)池(chi)對水蒸氣(qi)和氧氣(qi)非常敏感，盡(jin)管目(mu)(mu)(mu)前已經出現穩定(ding)性(xing)長達4個月的電(dian)池(chi)，但(dan)效(xiao)率(lv)僅有(you)(you)12%，相比傳統晶硅電(dian)池(chi)（壽命可(ke)達25年(nian)），依(yi)然(ran)有(you)(you)較大(da)(da)差距。再(zai)次(ci)，如何(he)實現鈣鈦礦(kuang)太陽能電(dian)池(chi)的大(da)(da)面(mian)積連續制備也(ye)(ye)是現在(zai)面(mian)臨的一個重要問(wen)(wen)題。在(zai)實驗室所制得的器件的尺寸僅有(you)(you)幾厘米大(da)(da)小，與滿(man)足產業化需求(qiu)還有(you)(you)距離。最后，如何(he)避(bi)免使用鉛等對環境不友好的重金(jin)屬同(tong)時兼(jian)顧高的轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)也(ye)(ye)是目(mu)(mu)(mu)前面(mian)臨的重大(da)(da)挑戰。

目前用(yong)其他(ta)元素(su)(su)替換鉛通常(chang)要以降低電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)效(xiao)率為代價，尋找更合理的(de)(de)方式解決含鉛帶來的(de)(de)環境問題，使(shi)鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)可(ke)回收、可(ke)再生，對實(shi)際產(chan)業化同樣重(zhong)要。基于此，通過改(gai)善鈣鈦(tai)礦層(ceng)與其他(ta)傳導層(ceng)間的(de)(de)界面性(xing)能，尋找更高效(xiao)的(de)(de)電(dian)(dian)子/空(kong)穴傳輸(shu)材料，電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)轉換效(xiao)率仍有非常(chang)大的(de)(de)提升空(kong)間，同時也(ye)(ye)可(ke)以使(shi)太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)穩定(ding)性(xing)得(de)到改(gai)善。實(shi)現(xian)鈣鈦(tai)礦材料的(de)(de)無鉛化，也(ye)(ye)成為鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)最終能否被公眾接(jie)受、實(shi)現(xian)廣泛應用(yong)的(de)(de)關鍵因素(su)(su)之一。